专利名称：一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法
技术领域：
本发明属于IC制造技术领域，特别涉及硅片状态检测和重定位的方法。
背景技术：
硅片检测和重定位是光刻机等IC制造装备输片系统的重要组成部分。硅片检测需要在传输机械手取片之前检测出相应槽中硅片有无以及其位置是否正常，发现硅片重叠、硅片倾斜等状态错误，使传输手正确取片。硅片圆心重定位实现的功能主要有二1.使硅片准确送入片盒，校正下片环节中产生的硅片圆心偏差；2.对片盒取出的硅片进行圆心粗略定位，缩小上片到预对准平台时圆心偏差，减少预对准平台的检测代价和预对准时间。
硅片检测和圆心重定位是输片流程中两个重要环节，在以前的实现方法中，都是分别考虑这两个问题，如US专利5906469中采用点光源式透射式传感器检测硅片在片盒中的摆放状态，而采用透射式传感器测边原理进行硅片圆心定位的方法目前也有所应用，如US专利5258823采用2个透射式传感器用于圆心定位，US专利5194743采用3个透射式传感器用于圆心定位。相对硅片预对准，重定位精度相对较低，将硅片检测和重定位采用传感器分别实现，不仅传感器数量多，调试维修困难，而且占用空间。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，采用透射式光学传感器组同时实现硅片传输系统中的硅片检测和重定位两个工艺流程，可使用较少的传感器，且简单易用，成本较低。
本发明提出的一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，其特征在于包括采用两组透射式光学测量元件同时实现在片盒中的硅片状态检测以及传输过程中的硅片重定位两部分；所说的透射式光学测量元件为由发出条状光带的发光元件和接收发光元件所发光线的接收元件组成的传感器对；第一个传感器对设置在片盒前后水平的透光部分，且光带和片盒对称轴线有一夹角；第二个传感器对光路和第一个传感器对垂直；所述硅片状态检测方法为设定第一传感器的大、中、小光强阈值分别为I01、I1、I2，当被检测的硅片槽处于与第一个传感器对同一水平时，第一个传感器对的接收光强为IS1，若第一个传感器对接收光强IS1＝I01，则判定当前槽中无硅片；当I01＞IS1＞I1，则判定被测槽中只有一个硅片；I1≥IS1＞I2，则判定槽中硅片重叠；若IS1≤I2，则判定槽中硅片倾斜；所述硅片圆心重定位的方法为设定圆心对中理想位置的硅片边缘和第一个传感器对光路相切时，第二个传感器对接收光强为I02，将硅片边缘与第一个传感器对的光场相切时作为检测时刻，在该时刻检测第二个传感器对的接收光强为IS2，比较IS2与I02得到两者的差值，根据两者的差值计算出硅片在第二个传感器对光场中相对理想位置的移动距离d，然后通过传输机械手移动相应的距离d用以补偿该硅片的圆心偏差，从而实现硅片圆心重定位。
本发明的特点和效果较少的传感器配置本发明针对硅片盒设计重定位，为实现上面描述的功能，在不影响系统节拍的情况，如果按照上片位和下片位设计重定位，采用透射型光学传感器，则至少另需四个传感器用于重定位。
简单易用，成本较低同时实现硅片检测和重定位的功能，还可以采用激光测距仪等设备，但由于硅片较薄，采用这种设备不仅价格昂贵，而且调试困难。较之而言，由于这两种检测精度要求并非很高，所以采用本发明的方法不仅调试维修简单，而且成本相对较低。
图1为采用两组透射式传感器实现硅片检测和重定位的示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图；图2为圆心重定位方法示意图；图3为从硅片盒取片时的控制流程图；图4为向硅片盒放片时的控制流程图。
具体实施例方式
本发明的硅片检测和重定位方法结合实施例及
如下本发明提出的一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，包括采用两组透射式光学测量元件同时实现在片盒中的硅片状态检测以及传输过程中的硅片重定位两部分；所说的透射式光学测量元件为由发出条状光带的发光元件和接收发光元件所发光线的接收元件组成的传感器对；第一个传感器对设置在片盒前后水平的透光部分，且光带和片盒对称轴线有一夹角；第二个传感器对光路和第一个传感器对垂直；其中硅片状态检测方法为(该方法检测确定处于与第一个传感器对同一水平的槽中无硅片、有一片硅片、硅片重叠及硅片倾斜四种不同状态，根据当物体处于此条状光场中时，接收元件接收的光强减弱，而不同状态硅片的遮光面积不同，通过第一传感器对接收到的不同光强判断硅片在片盒中的状态)设第一传感器的大、中、小光强阈值分别为I01(最好选最大光通量或接近最大光通量)、I1、I2，当被检测的硅片槽处于与第一个传感器对同一水平时，第一个传感器对的接收光强为IS1，若第一个传感器对接收光强IS1＝I01，则当前槽中无硅片，当I01＞IS1＞I1为槽中只有一个硅片，I1≥IS1＞I2为槽中硅片重叠，若IS1≤I2则槽中硅片倾斜；其中硅片圆心重定位的方法为设定圆心对中的硅片边缘和第一个传感器对光路相切时，第二个传感器对接收的光强为I02(该光强最好设置为第二个传感器对的总透光量的二分之一左右，以使对硅片调整范围最大)，将硅片边缘与第一个传感器对的光场相切时作为检测时刻，在该时刻检测第二个传感器的光强为IS2，比较IS2与I02得到两者的差值，根据两者的差值计算出硅片在第二个传感器2光场中相对理想位置的移动距离d，然后通过传输机械手移动相应的距离d来补偿该硅片的圆心偏差(其圆心偏差可以通过相应的几何关系解得)，从而实现硅片圆心重定位。
本发明方法用于输片系统的实施例为针对8英寸硅片的输片系统。该系统中包含3个升降台，分别承载上片盒、下片盒及废片盒，传输手包含四个自由度，分别是Y、Z、X及180度旋转，传输手X轴包含真空吸附装置。
图1为本发明方法实施例设置两组透射式传感器对的位置示意图，传感器对之间的虚线部分表示光场。其中图1(a)为主视图，硅片4表示正常放置状态，即槽中有一片硅片，硅片5表示有两片重叠放置在一个槽中的状态，硅片6表示倾斜放置状态，硅片5，6都是非正常状态；传感器对1设置在片盒的前后，传感器对2设置在片盒的一端，且传感器对1、2相互垂直。图1(b)为俯视图，可以更清楚地看见传感器对1，2与取送硅片的理想位置7的关系，传感器对1水平设置片盒前后的透光部分，保证传感器光路不被硅片盒3遮挡，并且传感器对的发送元件和接收元件分别设置在片盒前后的透光部分的对角边缘处，以使光带和片盒对称轴线保持尽量大的夹角(只要有一夹角就可检测硅片倾斜放置状态，夹角越大，检测效果越好)，传感器对2垂直设置在片盒3左端前，即当传感器对1与硅片边缘相切时，硅片在传感器对2中的遮光约为总光强的一半，为了计算方便，可使理想位置硅片的半径方向通过传感器对2的光场。两组传感器对的位置固定不动。
本实施例采用的透射式传感器对采用KEYENCE公司的FU-12，其光纤排组为一线阵区域，光带的宽度为10mm，最小检测物体为0.3mm，传感器对后处理将光通量从0-4096标记，本实施中设置传感器对1最大光通量I01为2000，设置传感器对2最大光通量设置为4096，并选择理想硅片遮光量为I02为2048处安装传感器对2(即当传感器对1与硅片边缘相切时的位置，这时硅片在传感器对2中的遮光约为总光强的一半，且硅片的半径方向通过传感器对2的光场)，后处理器可将遮光量转换成相应的电压信号，其中最大遮光量4096对应5V，最小遮光量0对应1V。通过A/D变换，将此电压信号输入控制器，通过简单的标定就可以通过输入电压不同得到硅片在光场中的移动距离。
本实施例方法的具体应用在取片过程和送片过程分别说明如下取片时需要同时对盒中硅片状态检测及硅片圆心重定位，硅片在取片传输过程中，控制器驱动升降台运动，使硅片盒与传感器1产生相对运动，同时控制器以0.5ms左右的周期读入传感器数据，这样可以及时检测到硅片边缘与传感器1光场的相切点。
对于硅片检测，设置传感器对1的光强阈值I01＝2000(即最大光通量)、I1＝1400、I2＝1000，设实时检测光强为IS1，当相应的槽位中光通量不变，即IS1＝2000时，此槽中无硅片，当2000＞IS1＞1400可认为被测槽中只有一个硅片，1400≥IS1＞1000则认为槽中有硅片重叠现象，若IS1≤1000则可认为是硅片倾斜状态。
对于圆心重定位，取片时，传输机械手携带硅片向片盒外运动，当硅片刚出传感器1的光场时，此时传感器2记录硅片的遮光面积。设图2中虚线圆为硅片取出片盒与传感器1相切时的理想位置。由于硅片可能在槽中水平移动，取片时硅片实际位置处于实线圆8对应位置(情况1)将影响预对准效果，需要调整圆心位置。由于硅片半径已知，偏移d可以根据不同的遮光面积得到(即比较硅片边缘与第一个传感器对的光场相切时，检测到的第二个传感器的光强IS2与理想硅片遮光量I02，根据两者的差值计算出硅片在传感器2光场中相对理想位置的移动距离d)，夹角θ由两个传感器的相对位置确定，这样三角形中另一个边的长度，也即两个圆心的距离，可以通过余弦定理建立方程解得。
在实际应用中，取片时其方法如图3，包括以下步骤1)判断是否所在槽位都检测过，若是，则上升升降台至初始位置，更换片盒；否则继续下一步；2)升降台下降一个槽距；3)读取传感器对1的数据进行状态检测，若检测结果为硅片重叠或倾斜，则报警，并采取相应手段更正；若无硅片，则转步骤2)；若有硅片，则继续下一步；4)传输手取片向外输送；5)判断硅片边缘是否与传感器对1光场相切，若否，则转步骤4)传输手继续向外输送；若是，则继续下一步；6)求解硅片圆心偏差；7)传输手在向外输片过程中修正偏差；8)该片取片结束，转步骤2)。
送片时只需要对硅片圆心重定位，对于图2中的情况1，向片盒的送片过程重定位方法与取片方法类似，即传输手携带硅片向片盒运动，当硅片边缘与传感器1的光场相切时，记录此时传感器2的值，求得硅片圆心需调整的距离。对片盒送片还可能出现图2中点划线圆9的情况(情况2)，此时如果Y方向圆心偏差过大，则硅片圆周尚未与传感器1光场相切就会碰到片盒，所以在送片时，如果硅片在传感器2中的遮光量大于理想位置时的遮光量，应先控制传输手沿Y轴运动，使硅片尽快进入传感器1光场从而进行重定位计算。这种方法要求传输手尽量快的Y方向运动和较慢的X方向的运动，保证送片过程中不碰片盒，不过考虑到硅片曝光等加工过程时间较长，下片过程时间充裕，目前使用的重定位方法允许硅片停在传感器位置测量数据，所以这种方法不会影响到系统输片节拍。
送片的过程如图4所示，包括以下步骤1)判断是否所有槽位都装片，若是，则上升升降台至初始位置更换片盒；否则继续下一步；2)传输手送片；3)判断是否硅边缘与传感器对1光场相切，若是，则求解硅片圆心偏差，传输手修正偏差并放片入片盒，然后离开片盒，升降台上移一个槽位，转至步骤1)；否则继续下一步；4)判断传感器对2的遮光是否大于理想硅片遮光，若否，则转步骤2)；否则继续下一步；5)传输手沿X方向运动，转步骤3)。
较之目前的输片系统中的对重定位和硅片检测分别使用传感器实现的方法，本发明不仅使用的传感器的数量少、成本低，而且算法简单，调试难度低。
权利要求
1.一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，其特征在于包括采用两组透射式光学测量元件同时实现在片盒中的硅片状态检测以及传输过程中的硅片重定位两部分；所说的透射式光学测量元件为由发出条状光带的发光元件和接收发光元件所发光线的接收元件组成的传感器对；第一个传感器对设置在片盒前后水平的透光部分，且光带和片盒对称轴线有一夹角；第二个传感器对光路和第一个传感器对垂直；所述硅片状态检测方法为设定第一传感器的大、中、小光强阈值分别为I01、I1、I2，当被检测的硅片槽处于与第一个传感器对同一水平时，第一个传感器对的接收光强为IS1，若第一个传感器对接收光强IS1＝I01，则判定当前槽中无硅片；当I01＞IS1＞I1，则判定被测槽中只有一个硅片；I1≥IS1＞I2，则判定槽中硅片重叠；若IS1≤I2，则判定槽中硅片倾斜；所述硅片圆心重定位的方法为设定圆心对中理想位置的硅片边缘和第一个传感器对光路相切时，第二个传感器对接收光强为I02，将硅片边缘与第一个传感器对的光场相切时作为检测时刻，在该时刻检测第二个传感器对的接收光强为IS2，比较IS2与I02得到两者的差值，根据两者的差值计算出硅片在第二个传感器对光场中相对理想位置的移动距离d，然后通过传输机械手移动相应的距离d用以补偿该硅片的圆心偏差，从而实现硅片圆心重定位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的圆心对中的硅片边缘和第一个传感器对光路相切时，第二个传感器对接收的光强I02为第二个传感器对的总透光量的二分之一。
全文摘要
本发明涉及一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，属于IC制造技术领域。该状态检测为设置大、中、小光强阈值分别为I
文档编号G01B11/00GK1801471SQ20051013554
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者宋亦旭, 赵雁南, 杨泽红, 王家钦, 李世昌, 贾培发, 邓志东 申请人:清华大学